ES2171962T5 - Fresadora. - Google Patents
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Abstract
ES EL OBJETIVO DE LA INVENCION, EL CONSEGUIR UNA MAQUINA DE FRESADO PARA MECANIZADO TAMBIEN DE SUPERFICIES FRONTALES EXCENTRICAS Y SUPERFICIES PERIFERICAS, QUE ASEGURA UN TIEMPO DE MECANIZADO CORTO A PESAR DE SU DISEÑO SENCILLO. UNA MAQUINA DE FRESADO DE ESTE TIPO PARA MECANIZACION DE PIEZAS DE TRABAJO Y CON MEDIOS DE SUJECION EXCENTRICA DE SUPERFICIES FRONTALES O SUPERFICIES DE COBERTURA, POR EJEMPLO DE UN CIGUEÑAL (1), CON UN LECHO (20), CON DOS REVESTIMIENTOS (21,22) MUTUAMENTE ENFRENTADOS PARA ACOMODAR LA PIEZA DE TRABAJO (1), AL MENOS SIENDO GIRATORIO UNO DE LOS REVESTIMIENTOS Y POSICIONABLE (EJE-C1) POR MEDIO DE SOPORTE (23,24) DE HUSILLO, CON UN APOYO (25,26) SOPORTE DE HERRAMIENTA QUE PUEDE SER MOVIDO EN ANGULOS RECTOS CON RESPECTO AL EJE (Z) Y QUE TIENE UNA HERRAMIENTA (5,6) DE FRESADO ROTATIVA, Y CON UN MECANISMO DE CONTROL SE CARACTERIZA MEDIANTE UNA PLURALIDAD DE SOPORTES DE HERRAMIENTA, QUE PUEDEN SER CONTROLADOS INDEPENDIENTEMENTE UNO DE OTRO EN TERMINOS DE ROTACION DE AMBAS DE HERRAMIENTAS DE FRESADO Y DESPLAZAMIENTO EN DIRECCION TRANSVERSAL, Y DONDE EL MECANISMO DE CONTROL CONTROLA NO SOLO LA ROTACION DE LA PIEZA DE TRABAJO SINO TAMBIEN EL MOVIMIENTO TRANSVERSAL DE LOS SOPORTES DE HERRAMIENTA Y EL GIRO DE LAS HERRAMIENTAS DE FRESADO.
Description
Fresadora.
La presente invención se refiere a fresadoras,
con las cuales se pueden mecanizar también superficies frontales y
periféricas excéntricas, por ejemplo, superficies laterales; véase
el documento WO 96/39269 que recae en el art. 54 (3) EP Ü.
Una pieza de trabajo típica con tales
superficies es un cigüeñal, por lo que a continuación siempre se
tratará del cigüeñal, sin limitar a ello las posibles piezas de
trabajo.
En los cigüeñales se conoce el mecanizado con
arranque de viruta, tanto con fresadoras exteriores como también con
fresadoras interiores, es decir, mediante fresas en forma de anillo
que encierra el cigüeñal, con los dientes dirigidos hacia el
interior. El eje de rotación de la fresa se encuentra para ello
paralelo al eje longitudinal del cigüeñal.
El cigüeñal se sujeta para ello en sus extremos
frontales, es decir, en la brida de un lado y en el otro lado en su
muñón final centradamente, por consiguiente, en el eje de su apoyo
central, a ambos lados se mantiene el plato de sujeción.
En una solución conocida se encuentra el
cigüeñal durante el mecanizado en reposo, es decir, los platos de
sujeción no están accionados por el husillo. Para el mecanizado de
muñequillas, la fresa interior anular, por una parte, rota alrededor
de su centro propio para la generación de la velocidad de corte, y
por otra parte, sobre una trayectoria alrededor del centro de la
muñequilla a mecanizar, para fresar ésta superficie lateral. También
las superficies frontales y las superficies laterales de las
gualderas se pueden mecanizar de esta forma, siempre que el radio de
curvatura sea menor que el radio del círculo de la trayectoria de la
cuchilla de la fresa interior. La fresa interior es desplazable de
forma definida con el cigüeñal en reposo en la dirección X e Y.
El apoyo que rodea anularmente la fresa interior
es muy estable, pero de construcción relativamente ancha en la
dirección Z, por lo que con cigüeñales cortos de la misma aplicación
de dos fresas interiores separadas axialmente puede ser problemático
en el mismo cigüeñal.
Por ello también es conocido durante el
mecanizado del cigüeñal, girar lentamente, es decir, por lo menos
uno de los platos de sujeción accionarlo de forma definida mediante
un husillo y poderlo posicionar en la posición de rotación. Mediante
está realización del eje C para la pieza de trabajo se puede
renunciar con el portaherramientas al desplazamiento en la dirección
Y, de tal manera que sólo el portaherramientas para la fresa
interior comprende sólo un carro de la bancada para el
desplazamiento en la dirección Z, y un carro superior para el
desplazamiento en la dirección X.
Se conocen, además, fresadoras exteriores en las
que las unidades de fresado -junto a la posibilidad desplazamiento
en la dirección Z- se pueden definir en la dirección X, y el plato
de sujeción para el cigüeñal se puede alojar en uno o dos husillos.
Mediante la realización del eje C en la pieza de trabajo se define
la fresa exterior en la dirección X con el mecanizado de superficies
excéntricas. Con el mecanizado de superficies excéntricas no se
emplearía ninguna de las dos o más unidades de fresado exteriores
que trabajan independientemente una de la otra en el mismo
cigüeñal. Esto era sólo posible con el mecanizado de superficies
centradas, por ejemplo, el muñón del apoyo central.
En las fresadoras conocidas, se trabaja con
geometrías de corte convencional negativas y velocidades de corte
con piezas de trabajo de fundiciones gris
(GGG60-GGG80) de un máximo de 160 m/min. Con ello se
aplican elevadas fuerzas de corte de la pieza de trabajo, por lo
que, en general, también es necesario un apoyo central de la pieza
de trabajo mediante las lunetas, etc. Otra desventaja consiste en la
introducción de una elevada parte del calor del proceso, tanto en la
pieza de trabajo, como también en la herramienta, y sólo se evacúa
una parte reducida a través de las virutas.
Por ello el objeto de la invención es proponer
una fresadora para el mecanizado también de superficies frontales y
superficies periféricas excéntricas, que a pesar de su construcción
simple, garantice un tiempo de mecanizado corto.
Este objeto se soluciona mediante las
propiedades caracterizantes de la reivindicación 1. Formas de
realización ventajosa resultan de las reivindicaciones.
Mediante el eje C de la pieza de trabajo y con
ello de la rotación definida, pero relativamente lenta, de la pieza
de trabajo, de generalmente menos de 60 revoluciones/minuto,
frecuentemente sólo de 15-20 revoluciones/minuto, es
suficiente que el portaherramientas puede desplazar la herramienta,
generalmente una fresa exterior, fuera en la dirección Z sólo
definida en la dirección X.
La rotación de la pieza de trabajo es tan lenta
que eventualmente los desequilibrios existentes de la pieza de
trabajo mantienen todavía desventajas dinámicas sobre el resultado
de mecanizado.
El tiempo de mecanizado corto se consigue
gracias a que a pesar de la rotación de la pieza de trabajo, por
ejemplo, el cigüeñal, pueden trabajar dos unidades de herramientas
independientemente, una de la otra, en cuanto a la posición de
rotación de superficies excéntricas no coincidentes, lo que sólo es
posible mediante un control de la máquina, que controla el
portaherramientas independiente en función de la posición de
rotación de la pieza de trabajo, pudiéndose indicar objetivos de
optimización preferentes, tales como, por ejemplo, en el espesor de
la viruta por la velocidad de corte.
Para ello se puede calcular para una determinada
pieza de trabajo, antes del mecanizado, para cada momento de
mecanizado, la posición de rotación, la dirección de desplazamiento
y la velocidad de la pieza de trabajo, velocidad de rotación de la
fresa, posición X y dirección del desplazamiento, así como la
velocidad de desplazamiento de la fresa, etc., y depositar en un
programa de trabajo, por ejemplo, como tabla de valores para
diferentes estados de mecanizado, que a continuación se desarrollan
por el control de la máquina.
De acuerdo con la invención, se considera la
situación actual y el desplazamiento real de la pieza de trabajo
durante el mecanizado simultáneamente y se controla en función de
ello los portaherramientas. Esto es, sin embargo, en relación a la
técnica de sensores y al coste del control, esencialmente más
costoso.
Mediante la velocidad relativamente reducida de
la pieza de trabajo son relativamente reducidos los fallos de
deslizamiento, es decir, diferencias entre el estado teórico y el
estado real, con el desplazamiento de la pieza de trabajo.
Para alcanzar esto también en el lado de la
herramienta, se ha configurado como, por ejemplo, con el empleo de
una fresa de disco el diámetro del disco mayor que lo que sería
necesario para la profundidad de introducción para la fresadora de
la muñequilla de un cigüeñal. Esta ampliación de la fresa del disco
resulta asimismo una velocidad relativamente baja de la fresa, de
tal manera que también la velocidad de la herramienta se puede
variar permanentemente sólo con errores de deslizamiento reducidos
despreciables.
Para el mecanizado de un cigüeñal de automóvil
con 10-15 cm de carrera, el diámetro de una fresa de
disco empleada para ello es de unos 800 mm. Esto aporta también
ventajas térmicas, ya que entre dos aplicaciones consecutivas de una
y otra cuchilla de fresado se dispone de un tiempo relativamente
largo para la refrigeración.
Para el empleo de materias de corte
correspondientes y geometrías de corte, se pueden conseguir
velocidades de corte de 800 m/min y también, por encima, y
adicionalmente no necesita la máquina ningún elemento
refrigerante-lubricante en el punto de mecanizado,
ya que se puede fresar en seco, especialmente con geometrías de
corte positiva.
En lugar de un movimiento lineal de la fresa en
la dirección X, es también posible una inversión de la fresa
alrededor de un eje paralelo al eje Z, cuyo eje de rotación está
dispuesto perpendicular al eje longitudinal del cigüeñal. Una fresa
de esta clase mecaniza con los cuchillas en su superficie frontal,
superficies periféricas, por consiguiente, por ejemplo, la
superficie lateral de las muñequillas de cigüeñal, y con las
cuchillas de su superficie periféricas, las superficies laterales,
por ejemplo, las superficies frontales de las gualderas.
El empleo de una fresa de disco que se dispone
por consiguiente cuchillas en su zona periférica y/o en la zona
periférica, entre la superficie periférica, la superficie frontal
del cuerpo base en forma de disco, se prefiere, respecto a una fresa
interior, ya que incluso con una anchura de fresa de disco en la
dirección Z de sólo aproximadamente 20-25 mm y un
diámetro de unos 800 mm es suficientemente estable una fresa de
disco de esta clase, para estar montada sólo en un lado en voladizo.
Para el empleo de dos fresas de disco, que atacan desde el mismo
lado a la pieza de trabajo, pero están separadas axialmente, pueden
estas dos fresas de disco estar montadas accionables en lados
alejados uno de otro, en su correspondientes soporte, de tal manera
que estas dos fresas de disco en dirección axial teórica se pueden
aproximar tanto una tras otra, hasta que sus cuchillas se toquen
frontalmente.
Con una fresa interior, rodeada en su elemento
exterior, no es posible una configuración en la dirección Z tan
estrecha y fuerte las aproximaciones de dos unidades de fresa.
Además, las fresas exteriores en forma de disco
son más fáciles de equipar, incluso para el ajuste y cambio, lo que
con el procedimiento actualmente posible, los tiempos secundarios y
tiempos muertos de una máquina con relación a los tiempos de
aplicación, tienen cada vez una mayor importancia, es un factor
esencial.
\newpage
Las cuchillas en determinadas fresadoras se
realizan a lo largo del perímetro usualmente como plaquitas de corte
atornilladas. Para ello se distinguen, en principio, tres plaquitas
de corte distintas en relación a su finalidad: la denominada
plaquita de gualdera mecaniza superficies frontales, por
consiguiente, por ejemplo, superficies laterales de las gualderas,
la denominada plaquita de muñón mecaniza superficies periféricas,
por consiguiente, por ejemplo, las superficies laterales de un muñón
de un eje o el contorno periférico de una gualdera, pudiéndose
considerar como superficies laterales cualquier contorno convexo
curvado como también plano, por ejemplo, tangencial al eje Z, e
incluso superficies cóncavas, siempre que su radio de curvatura sea
mayor que el de la fresa de disco empleada. Precisamente el fresado
de superficies planas como superficies de fijación para pesos
adicionales o para trabajos de equilibrado es una gran ventaja del
fresado exterior con relación al fresado interior.
Además, existe para la producción de la
denominada entalla interior, es decir, una entalla en la
transferencia entre la superficie lateral del muñón y la superficie
lateral de la gualdera, plaquitas especiales de entalla
interior.
En una fresa de disco, se pueden disponer, por
ejemplo, sólo plaquitas del muñón, lo que proporciona la
posibilidad, de definir una fresa de disco adicional mientras se
desplaza el mecanizado en la dirección Z, y, de este modo, puede
fresar muñones prácticamente de cualquier anchura con una fresa de
disco estrecha, sin salientes, de mecanizado circular anular. En
este caso, la entalla inferior debe realizarse por una fresa
separada.
Otra posibilidad consiste en disponer en la
fresa que lleva la plaquita del muñón en un borde inferior o incluso
en los dos bordes periféricos las plaquitas de entalla inferior
directamente y la fresa la entalla inferior junto con las
superficies periféricas del muñón. Con la disposición de las
plaquitas de entalla inferior en una fresa corresponde en la fresa a
la longitud axial del punto de apoyo, es decir, sólo en una pieza
determinada a fabricar. Si para la entalla inferior y la mitad
izquierda de la superficie lateral del muñón se emplea una fresa y
para la mitad parcial derecha de la superficie muñón otra fresa, se
pueden producir anchuras de cojinete variable en la dirección Z con
un par de fresas de disco mediante intersecciones de corte en el
centro.
Las plaquitas de gualdera se ha dispuesto
generalmente en una fresa de disco dispuesta separada, y para ello
preferentemente sobre las dos superficies frontales de la fresa de
disco, para poder trabajar, tanto en la superficies laterales
dirigidas en la dirección +Z como también en la dirección -Z. La
disposición de una fresa de disco separada es conveniente, ya que a
lo largo de las superficies laterales de la gualdera se pueden
adaptar elevados volúmenes y con ello cerrar rápidamente estas
plaquitas de gualdera, como, por ejemplo, las plaquitas de
muñequilla o las plaquitas de entalla inferior.
La fresadora según la invención puede comprender
dos unidades de fresado desplazables, independientemente una de la
otra, que axialmente estén separadas aproximadamente del mismo lado,
sólo, trabajen en el eje. En general, el desplazamiento en la
dirección X, es inclinado desde arriba o incluso perpendicular con
respecto al cigüeñal, en el que la bancada de la fresadora
propiamente dicha está ladeada o muy inclinada o por lo menos marcha
en la dirección transversal a lo largo del carro superior sobre el
carro de la bancada del portaherramientas.
Si en estos casos se pueden disponer varios
porta-herramienta separados uno de otro, pueden
trabajar cuatro o más unidades de herramienta simultáneamente en una
misma pieza de trabajo.
Adicionalmente, puede presentar una única
herramienta una herramienta múltiple, es decir, por ejemplo, dos
fresas de disco desplazables, separadas en la dirección Z, que
trabajan sólo sincronizadas, por ejemplo, como herramienta tándem.
Esto es especialmente conveniente si el cigüeñal a mecanizar
presenta dos muñequillas en voladizo, alineadas análogamente, como
por ejemplo, los cigüeñales de motores en línea de cuatro cilindros.
Puesto que tales herramientas múltiples están acoplados en relación
a su movimiento transversal y de rotación, se han de considerar sólo
como una única unidad de herramienta.
En el accionamiento a ambos lados del cigüeñal
sujeto en el plano de sujeción se han sincronizado los
accionamientos de husillo a ambos lados, preferentemente
eléctricamente.
Incluso con el mecanizado de la pieza de trabajo
mediante un programa de mecanizado, calculado antes del mecanizado y
depositado en el control de la máquina se puede corregir
posteriormente este programa de mecanizado debido a la medición de
la primera pieza acabada.
De forma conocida, a pesar de un mecanizado de
una superficie de cilindro exacta, debido a la desviación del
cigüeñal en la dirección transversal por las fuerzas de corte el
resultado de mecanizado en la práctica es ligeramente no redondo.
Esto se trata de compensar fresando un contorno no redondo teórico,
debido a la desviación que tiene lugar en la práctica del cigüeñal
en la dirección transversal se aproxima en el resultado muy bien a
una superficie cilíndrica completa. Puesto que teóricamente, en la
determinación del programa de mecanizado sólo se puede tener en
cuenta de forma aproximada, el control de la máquina comprende la
posibilidad, después de la fabricación de las primeras piezas de
prueba, de entrar la falta de redondez existente en relación a la
magnitud y a la posición angular, a través de un campo de entrada en
el control, que a continuación de forma automática y,
preferentemente individualmente para cada muñequilla incluso a
través de su longitud axial, regula los movimientos transversales de
las medidas de fresado la correspondiente posición angular de la
pieza de trabajo.
\newpage
Si dos unidades de fresado, que trabajan y se
controlan independientemente una de la otra, mecanizan superficies
de mecanizado excéntricas diferentes en el mismo cigüeñal giratorio
y accionable, y se debe mantener un valor o zona óptimos para el
espesor de viruta, se puede conseguir en determinadas circunstancias
sólo un punto de mecanizado, la velocidad de corte máxima deseada,
por ejemplo, la dirección de corte del fresado HS.
Para mantener en los otros puntos de mecanizado
el espesor de viruta o el espesor de viruta medio en la zona óptima,
se debe reducir bajo determinadas circunstancias la velocidad de la
fresa, y con ello, acompañado también de la velocidad de corte. Por
esta razón, al inicio del mecanizado del muñón, no se desplaza la
fresa directamente radialmente hasta la medida teórica, sino que
mientras el cigüeñal gira, lentamente, durante una rotación del
muñón a mecanizar de 30-90, preferentemente de
50-70º hasta la medida teórica radial. De este modo
se mantiene durante el inicio del mecanizado de una muñequilla la
especificación con relación al espesor de viruta, y no se aplica al
inicio del mecanizado ninguna fuerza transversal elevada inadmisible
en la pieza de trabajo. Después de alcanzar la medida teórica
radial, se debe mecanizar una revolución completa de la superficie
de la muñequilla, preferentemente unos 100º, para llegar a un
resultado de mecanizado óptimo.
Si no hay ningún valor óptimo para el espesor de
viruta en consideración a la capacidad durante la vida útil de una
herramienta, tiene lugar la optimización de las unidades de
herramientas independientes en consideración a la velocidad de corte
máxima. Estas regularidades, determinadas sobre todo para el
mecanizado de fundición gris (GGG60-GGG80), se
pueden emplear también para otros materiales de las piezas de
trabajo, tales como acero, en las que también otros grupos de
materiales de corte, pueden ser también válidos en determinadas
circunstancias.
Mediante el empleo adicional de una simetría de
corte positiva, en vez de la geometría de corte negativa empleada en
el fresado, que sobre todo conduce a la unión con espesores de
viruta medios bajos o máximos, sin embargo, lleva a una duración
suficiente del medio de corte, a su vez da como resultado una
reducción de las fuerzas de corte y en consecuencia también una
reducción de las potencias de accionamiento necesarias para la
herramienta, que con las relaciones de magnitudes indicadas se
encuentran sólo en la mitad a un tercio del fresado interior o del
brochado rotativo. También con ello se minimiza -junto a los costes
de energía más bajos- los problemas térmicos del accionamiento, que
tiene un efecto negativo sobre todo la máquina y minimiza el efecto
de resultado de mecanizado.
El fresado de alta velocidad se puede realizar
entonces especialmente no sólo en piezas de trabajo no templadas,
sino también templadas (por ejemplo, 60 a 62º de dureza Rockwell
HRC, especialmente completamente templado). En este caso se emplea
preferentemente como material de corte cerámica mezclada o nitruro
de boro policristalino, en este último se emplea especialmente
nitruro de boro cúbico (CBN). Preferentemente se sinteriza como es
usual primeramente una plaquita de corte de metal duro, que presenta
cavidades abiertas en la zona de corte, por ejemplo, en la
superficie de arranque de viruta y hacia el borde de corte. En estas
cavidades del cuerpo base se llena con polvo CBN y a continuación se
sinteriza.
No solamente se pueden reforzar los vértices de
las plaquitas de corte reversibles, sino también mediante la
disposición de varios pellets CBN, uno junto otro, a lo largo de un
borde de corte o de un empleo de CBN en forma de barras, se puede
reforzar todo un borde de corte. También se pueden utilizar con ello
acero o fundición sin templar, incluso mediante fresado.
Estos materiales de corte se pueden emplear
también sin agente lubricante-refrigerante, es
decir, en seco, lo que ahorra costes de eliminación de residuos y
problemas medioambientales.
Con ello es posible en la deformación que se
presenta en la fabricación convencional (mecanizado con arranque de
viruta antes del templado) de la pieza de trabajo debido al proceso
de templado, eliminarla ya durante el mecanizado con arranque de
viruta. Puesto que con el fresado de alta velocidad y especialmente
con el fresado de alta velocidad en piezas de trabajo templadas, se
persiguen calidades de superficie que sean aceptables en estado
final de la pieza de trabajo, es con ello posible eliminar el
proceso de mecanizado de rectificado basto.
Como especialmente ventajoso ha resultado
mantener los siguientes parámetros en el mecanizado de las
superficies de muñón y de gualderas en los cigüeñales, que pueden
ser de fundición o de acero, y se mecanizan en estado no templado
mediante fresa circular exterior, especialmente mediante fresas en
forma de disco, con cuchillas en la zona periférica:
- Velocidad de corte en el desbastado: mínimo
180, mejor 250-600 m/min,
- Velocidad de corte en el afinado: mínimo 200,
mejor 300-800 m/min,
- Espesor de viruta: 0,05-0,5
mm, especialmente 0,1-0,3 mm.
Como herramienta se emplea, en general, un
cuerpo base de herramienta en forma de disco, accionado giratorio
con plaquitas de corte reversibles. Para ello las plaquitas de corte
se han configurado distintas en cuanto a su aplicación (mecanizado
de la superficies frontales en las gualderas, mecanizado de la
superficies de recubrimiento en las muñequilla del punto de apoyo
principal y puntos de apoyo de las muñequillas, producción de las
pasadas inferiores en la transición entre superficies externas en
superficies frontales) y también con relación al portaherramientas o
a la herramienta:
Las indicaciones del material base se refieren a
los grupos de aplicación ISO conocidos. Con ello se tiene
K10: de 94,2% carburo de wolframio (WC), 5,5%
cobalto, (Co) y 0,3%...(Ta/C)
K20: de 93,2% WC, 6% Co y 0,6% Ta/C y 0,2%
carburo de titanio (TiC)
La resistencia a la flexión es de 1900 N/m^{2}
con K10 y 2000 N/m^{2} con K20.
Los recubrimientos indicados son las uniones por
estratos, uno tras otro, en la secuencia indicada del interior hacia
el exterior.
Una forma de realización según invención se
describe a continuación mediante las figuras, a título ejemplo, en
las que muestran:
La figura 1a, una vista frontal de la
fresadora,
La figura 1b, una vista lateral de la fresadora
según la figura 1a,
La figura 2, una vista lateral de otra
fresadora,
La figura 3, una vista lateral de una solución
diferente de ella,
La figura 4, una vista frontal con una
herramienta tándem,
La figura 5, una vista lateral con una fresa de
punta, y
La figura 6, representaciones de detalle de
fresa de disco y los puntos de mecanizado en un cigüeñal.
La figura 7, una representación de principio del
fresado concurrente en un muñón del cigüeñal,
La figura 8, una representación de principio con
mecanizado simultáneo de dos muñequillas distintas,
La figura 9, representación de detalle de dos
puntos de mecanizado distintos,
La figura 10, una trayectoria con el mecanizado
del muñón,
La figura 11, una representación de la
trayectoria durante el fresado del muñón,
La figura 12, la cuchilla de la herramienta en
una representación de principio,
Las figuras 13 y 14, planos definidos en el
sistema de referencia de la herramienta,
Las figuras 15 y 16, el ángulo de posición de la
herramienta en el sistema de referencia de la herramienta, en el
ejemplo de una cuchilla de corte para el torneado longitudinal
(figura 15) y el refrentado (figura 16),
La figura 17, una sección del cabezal de la
cuchilla de fresado,
Las figuras 18a-18f, secciones
de la herramienta del cabezal de fresado según la figura 17,
La figura 19a muestra el empleo de una plaquita
de la gualdera, vista en la dirección Y.
La figura 19b, el empleo de una plaquita de
muñón en la dirección visual Y.
La fresadora representada en las figuras 1a y 1b
comprende una bancada 20, con una bandeja de viruta 34, y un
transportador de viruta 45 colocado en ellas. A través de la bandeja
de viruta 34 se han montado separados en la dirección Z dos husillos
23, 24 de los cuales por lo menos un husillo 24 es desplazable en la
dirección Z.
Los husillos llevan a su vez platos de sujeción
21, 22 alineados uno contra el otro, que se pueden accionar de
manera rotativa y su rotación está sincronizada electrónicamente
entre ellos.
Entre los platos de sujeción 21, 22 se ha
sujetado un cigüeñal 1, que está sujeto por el plato de sujeción 21
en su muñón final y por el plato de sujeción 22 en su muñón final,
es decir, en el eje central MA del cigüeñal 1, el cual de este modo
coincide con el cigüeñal 1. Las superficies de la banda, es decir la
superficies periféricas en la brida de cojinete final y del muñón
del cojinete final, están para ello preparadas, especialmente con
arranque de viruta y adicionalmente para la colocación del cigüeñal
en el plato de sujeción en la superficies de apoyo correspondiente
una posición de rotación definida preparada en el cigüeñal.
Puesto que los husillos 23, 24 no sólo accionan
de forma rotativa el cigüeñal, sino que también se pueden posicionar
en su posición de rotación (eje C formado), se puede llevar el
cigüeñal 1 allí sujeto durante el mecanizado a la posición de giro
deseada, y éste con una velocidad definida.
En la dirección visual de la figura 1a, detrás
de la bandeja de viruta 34, inclinada hacia atrás se ha dispuesto en
la bancada 20 de la fresadora guías Z 33, sobre las que se pueden
desplazar carros de bancada 29, 30 de los portaherramientas 25, 26
visibles en la figura 1a.
Sobre cada carro de bancada 29, 30 se desplaza
un carro superior 27, 28, que puede accionar una fresa de disco 5, 6
alrededor del eje paralelo al eje Z.
El carro superior 27, 28 se puede desplazar para
ello con una pendiente esencialmente fuerte desde arriba, con un
ángulo menor de 45º respecto a la vertical, en la dirección X sobre
el eje central MA. Las guías X entre el carro superior 27, 28 y el
carro inferior 29, 30 coinciden preferentemente con la unión del
centro de la fresa de disco 5 o 6 y el eje MA.
Para poder mecanizar con una fresadora con una
fresa de disco dentado exteriormente el perímetro de una muñequilla
H1, H2 sobre todo la periferia, debe realizar el cigüeñal 1 sujeto
en el eje central MA durante el mecanizado por lo menos una rotación
completa.
Como se puede seguir mejor mediante la figura
1a, se siguen permanentemente en la dirección X la rotación del
cigüeñal 1 con ayuda del portaherramientas 25, 26 las fresas de
disco 5, que se encuentran simultáneamente en uso en los diferentes
puntos de mecanizado.
Como más tarde se explicará en detalle son los
desplazamientos de los portaherramientas 25, 26 independientes
indirectamente entre sí, ya que dependen de la rotación del cigüeñal
mecanizado conjuntamente y de la geometría de la superficie
excéntrica a mecanizar.
Si para ello, la optimización del mecanizado se
debe llevar a cabo mediante soportes controlables
independientemente, por ejemplo, en consideración a un determinado
espesor de viruta, se desplaza en las fresas de disco 5, 6 no sólo
en dirección X, sino también giran en su mayor parte también con
número de revoluciones distintas adaptado permanentemente.
Las fresas 5, 6, así como también los soportes
25, 26 y el control de la máquina que gobierna conjuntamente la
rotación de los husillos, es decir, del cigüeñal 1, se pueden
corregir adicionalmente a través del campo de entrada 36 en la
máquina con motivo del resultado de mecanizado averiguado en la
práctica de las primeras piezas de una serie de piezas de trabajo
con valores de corrección.
\newpage
En la figura 1b se encuentran los
portaherramientas 25, 26 y con ello también las secciones de
desplazamiento de las fresas 5, 6 así como de los carros superior
27, 28 alineados en dirección visual.
En cambio, en la figura 2 -cuyo objeto no
pertenece a la presente patente- se ha representado otra
configuración de la máquina, donde al contrario de la figura 1b, los
soportes 25, 26 montados de manera análoga con relación al plano
central ME, concretamente el carro vertical, está dispuesto
simétrico a través del eje del husillo. Las direcciones de
desplazamiento de las fresas 5, 6 en la dirección X de la pieza de
trabajo se han montado de tal manera que forma una V.
Debido al diámetro relativamente grande de las
fresadoras con 5, 6 es con ello posible un trabajo simultáneo de la
fresa de disco 5, 6 en diferente disposiciones axiales del cigüeñal,
y adicionalmente se pueden disponer en dirección visual de la figura
2, detrás de los portaherramientas 25, 26 portaherramientas 25', 26'
separados axialmente de los mismos. Mediante el mecanizado
simultáneo posible en el cigüeñal mediante cuatro fresas de disco 5,
5', 6, 6' son posibles tiempos de mecanizado cortos para cigüeñales
y piezas similares.
La figura 3 -cuyo objeto no pertenece a la
presente patente- muestra, vista en la misma dirección visual de la
figura 1, concretamente en dirección Z, otra estructura de máquina,
en la que los soportes 25, 26 atacan desde el lado opuesto en la
pieza de trabajo. Las direcciones de desplazamiento de las dos
fresas de disco 5, 6 se encuentran para ello en una línea, que
discurre a través del eje del husillo, y está para ello asimismo
fuertemente inclinada con relación a la vertical como en la solución
según la figura 1b. En la bancada inclinada se encuentra un
soportes 25 por encima y otro soporte 26 por debajo de los husillos
23, 24.
También con esta configuración de máquina se
pueden disponer en la dirección visual de la figura 3, detrás de los
soportes 25, 26, otros soportes iguales separados parcialmente, de
tal manera que en este caso pueden atacar más de dos, por ejemplo,
cuatro, incluso seis fresas controlables, independientes una de la
otra a la pieza de trabajo.
La figura 4 muestra una representación similar a
la de la figura 1a, pudiéndose reconocer 3 fresas de disco. De las
tres fresas de disco se han acoplado, sin embargo, dos a una
herramienta múltiple 42, estando separadas axialmente las dos fresas
de disco, que corresponden a portaherramientas 26, y están unidas
fijamente entre sí, y se accionan conjuntamente por este soporte 26.
De este modo, se pueden mecanizar los puntos de mecanizado alineados
en la dirección Z de la segunda y tercera muñequilla del cigüeñal
para un motor en línea de cuatro cilindros.
La máquina de la figura 4 muestra de este modo
tres fresas de disco, pero solamente dos unidades de fresado se
pueden controlar independientemente una de la otra.
La figura 5 -cuyo objeto no pertenece a la
presente patente- muestra una vista lateral de una fresadora similar
a la figura 2. Para ello el soportes 25 se ha construido idéntico al
de la figura 2, es decir, equipado con una fresa de disco, que se
pueda accionar alrededor de un eje paralelo giratorio a la dirección
central, es decir para ello al husillo.
Para ello se desplaza el punto central de la
fresa de disco 5 en la dirección X, es decir, paralelamente a las
guías X entre el carro de bancada 29 y el carro superior 27, en un
plano, que transcurre por encima del eje del husillo. De ello
resulta una forma constructiva más compacta de la fresadora gracias
a un porta-herramientas de altura más reducida.
Al contrario de ello, el portaherramientas 26,
que análogamente al soporte 25 comprende un carro inferior 30 y un
carro superior 28, lleva una fresa de punta 37, cuyo eje transcurre
transversalmente al eje del husillo. Esta fresa de punta 37 está
montada inclinable en el soporte superior 28 alrededor de la
dirección Z, es decir, el eje del husillo. Con ello es posible el
mecanizado de superficies laterales excéntricas, por ejemplo, el
mecanizado de una muñequilla del cigüeñal sujetado centralmente,
mientras que durante la rotación lenta del cigüeñal, la fresa de
punta 37, mediante la inclinación con relación al carro superior 28
y desplazamiento en la dirección X, sigue permanentemente el carro
inferior 30.
El lugar del movimiento de desplazamiento del
acceso de junta con el carro superior 28 en la dirección X es
también posible una integración adicional, es decir, casi una
integración del carro superior 28 con relación al carro inferior 30,
para la compensación en la dirección X.
La máquina representada en la figura 5 se puede
equipar en vez de fresas de disco y fresas de punta exclusivamente
con fresas de punta, lo que por lo demás también es válido para
todas las formas de máquina según la presente invención.
La figura 6 muestra las superficies a mecanizar
típicamente en un cigüeñal y el equipamiento previsto para ello de
los cuerpos base 5a, 6a, 7a de las fresas de corte 5 a 6 con
plaquitas de corte intercambiables:
En la figura 6a se han dispuesto las plaquitas
de gualdera 39 para el mecanizado de las superficies laterales de
gualdera 3 a ambos lados en las superficies frontales del cuerpo
base 6a en forma de disco con una fresa de disco 6, sobresaliendo
las plaquitas de gualdera 39 naturalmente también de forma radial
sobre el cuerpo base 6a.
Mediante la disposición a ambos lados de las
plaquitas de gualdera, el cuerpo base 6a se puede mecanizar tanto la
superficie se gualdera izquierda como también la derecha 3 y 3'.
La disposición de las plaquitas de gualdera 39
en un cuerpo base propio 6a es recomendable, ya que éste, debido al
elevado volumen de desprendimientos de viruta en las superficies
laterales de la gualdera 3, 3' se desgasta más rápidamente, que por
ejemplo, las plaquitas del muñón 40, y se deben cambiar. Éstas se
han dispuesto en la figura 6a en la superficie periférica de un
cuerpo base 5a en forma de disco 5 en dos pistas separadas
parcialmente, que se solapan en la dirección Z y sobresalen en la
dirección Z, también en el correspondiente lado exterior sobre el
cuerpo base 5a.
Con una fresa de disco 5 de esta clase, que está
equipada exclusivamente con plaquitas de muñón 40, se mecanizan
exclusivamente las superficies laterales, por ejemplo, la superficie
de muñequilla 16. Con una fresa de disco 5 de esta clase según la
figura 6a se puede mecanizar -mediante desplazamiento controlado
adicional de la fresa de disco 5 en la dirección Z- también una
superficie de muñón 16, que en la dirección Z es claramente más
ancha que la anchura de la fresa de disco 5. Mediante la pista de
mecanizado en espiral, se limitan los salientes anulares entre zonas
de mecanizado separadas esencialmente de una superficie de muñón
16.
Otra solución se muestra en la figura 6b.
También allí se han dispuesto las plaquitas de gualdera 39 en un
cuerpo base 7a propio de una fresa. Para el mecanizado de la
superficie de muñón 16 y las entallas 15 a ambos lados se han
previsto dos fresas de disco separadas 5, 6 para la mitad izquierda
o derecha de la superficie del muñón:
Para ello, se encuentran sobre cada uno de los
cuerpos base 5a y 6b plaquitas de muñón 40 colocadas en la
periferia, mientras que en la superficie frontal del cuerpo base, es
decir, para la mitad derecha en +Z y la mitad izquierda en dirección
-Z, plaquitas de entalla 41 para la producción de la entalla
inferior 15 y 15'. Las plaquitas de entalla inferior 41 se
encuentran sobresaliendo, naturalmente, de forma radial por encima
del cuerpo base 5a y 6a. La anchura de mecanizado de las dos fresas
5, 6 en la dirección Z, es tan grande que se solapan en el centro
del muñón las zonas de mecanizado. Para no tener ningún saliente
anular, se han configurado en este caso en las plaquitas de muñón 40
hacia el centro de la muñequilla ligeramente en declive, es decir,
biseladas o incluso redondeadas, para generar el centro del punto de
apoyo en vez de un escalonado pronunciado sólo una elevación
redondeadas.
La figura 7 muestra en la dirección visual del
eje Z, la situación básica del mecanizado de una superficie
periférica, por ejemplo, del muñón de un cigüeñal, pero también de
una superficie periférica no circular, mediante fresado exterior.
Una ampliación del punto de mecanizado se ha representado en la
parte derecha de la figura 7.
La pieza de trabajo debe mecanizarse desde la
dimensión bruta mayor a la dimensión bruta menor.
Para ello se encuentran las cuchillas S, de las
cuales sólo se ha dibujado una, sobresaliendo del cuerpo base de la
herramienta, para poder originar esta remoción de material. El
cuerpo base de la herramienta se puede desplazar de manera definida
en la dirección X y rota en el sentido contrario a las agujas del
reloj. Puesto que el fresado debe realizarse en el mismo sentido de
marcha, la herramienta rota en el sentido de las agujas del reloj,
de tal manera que en el punto de mecanizado la herramienta y la
pieza de trabajo se mueven en el mismo sentido.
Como muestra la representación ampliada, la
nueva cuchilla S generará una viruta 1, que está limitada por dos
segmentos de arco convexos y uno cóncavo en la sección transversal,
y posee la forma de un triángulo irregular plano.
Para ello, el lado cóncavo está generado por el
corte anterior, y el lado convexo está generado por el nuevo corte
S. El flanco convexo corto es la longitud \Deltal_{u} medida a
lo largo del perímetro de la pieza derivada, es decir, la longitud
periférica entre la incidencia de dos cuchillas de la herramienta
dispuestas una tras otra en el perímetro de la pieza de trabajo.
En la práctica, la viruta 1 no mantiene,
naturalmente, la forma vista en la figura 7, sino que, debido a la
desviación en la superficie de arranque de viruta de la cuchilla, se
enrolla en forma de espiral.
En la figura 7 se puede ver que el corte de la
viruta 2 -vista en el sentido de marcha del corte- primeramente
aumenta rápidamente en su espesor de viruta, por ejemplo, h1 hasta
el espesor de viruta máximo h_{max}. Desde allí decrece el espesor
de viruta relativamente de forma lenta y de manera continua hasta el
final (por ejemplo, h_{x}).
De esta representación se puede ver -si la
diferencia entre la dimensión bruta y la dimensión final permanece y
la velocidad de rotación de la pieza de trabajo asimismo permanece-
que una reducción de la velocidad de rotación de la herramienta
origina una ampliación de la separación de corte \Deltal_{u} y
con ello también una ampliación de h_{max}.
La figura 8 representa -nuevamente visto en la
dirección Z- por ejemplo, un cigüeñal para un motor en línea de 6
cilindros, con tres muñequillas H1-H3, posicionadas
de distinta manera en su posición de rotación con relación al apoyo
central ML.
En este cigüeñal se han dispuesto -en diferentes
posiciones axiales- dos herramientas separadas, por ejemplo, fresas
exteriores en forma de disco (WZ1, WZ2). Una de las herramientas
podrían mecanizar, por ejemplo, la muñequilla H1, y la otra la
muñequilla H2, como se representa en la figura 8, pero asimismo una
de las herramientas podría mecanizar una muñequilla, y la otra
herramienta las superficies frontales de una gualdera.
\newpage
Con el reposo del cigüeñal, tiene lugar el
mecanizado en la otra posición axial de una superficie, sea de una
muñequilla H o de un apoyo central ML, aunque no se puede conseguir
ningún progreso de mecanizado, también tiene lugar el mecanizado de
la superficie de la gualdera con el cigüeñal giratorio.
Con ello resultan -al inicio del mecanizado de
la gualdera, en la posición del cigüeñal representado en la figura
8, y seguidamente continúa girando el cigüeñal- trayectorias de
corte s_{a}, s_{b}, s_{m}, s_{x} de las cuales se han
representado algunas en la figura 2.
Como se puede ver, tienen estas trayectorias de
corte -debido a la marcha en el mismo sentido de la fresa- con la
rotación de la pieza de trabajo, en su inicio una distancia mayor
entre ellas que en su final, es decir, el punto de salida de la
cuchilla de la superficie lateral de la gualdera.
La figura 9 muestra las relaciones cuando dos
herramientas separadas WZ1, WZ2 mecanizan dos muñequillas distintas
H1, H2 simultáneamente. Las herramientas WZ1 y WZ2 se pueden
desplazar de manera definida independientemente entre ellas en la
dirección X y controlar su velocidad de rotación. La magnitud
asociativa es, sin embargo, la rotación del cigüeñal accionado
giratorio asimismo controlado alrededor del apoyo central como pieza
de trabajo, que en determinadas operaciones de trabajo también se
puede detener.
En la situación representada en la figura 9 se
encuentra la muñequilla H2 en una línea con el apoyo central ML1 y
el punto central M_{1} y M_{2} de las herramientas WZ1 o WZ2. La
muñequilla H1 está desplazada con relación al apoyo central unos
120º en el sentido de las agujas del reloj.
Si -como se ha indicado- las herramientas WZ1 y
WZ2 rotan cada una de ellas en el sentido contrario a las agujas del
reloj y el cigüeñal -como se ha dibujado en el apoyo central ML- en
el sentido de las agujas del reloj se fresa en la muñequilla H1 en
el procedimiento concurrente, lo que es deseable debido a los
motivos anteriormente indicados.
En la muñequilla H2 se podría dar la impresión
de que se trata de un fresado no concurrente, ya que la herramienta
WZ2 en este punto se desplaza hacia abajo, pero la muñequilla H2
hacia arriba.
Del desplazamiento absoluto de las muñequillas
no depende el juicio de si es fresado concurrente o no concurrente,
sino de que la muñequilla H2 realiza con relación a su punto
central una rotación, que su superficie, en el punto de mecanizado,
se puede mover siempre en el mismo sentido que la fresa.
La muñequilla H2, que en la figura 9 se desplaza
hacia arriba -considerado de manera absoluta- rueda aparentemente a
lo largo de la herramienta WZ2 hacia arriba, de tal manera que con
relación al centro de la muñequilla H2 tiene lugar una rotación de
la muñequilla en el sentido de las agujas del reloj, y con ello en
el punto de mecanizado existe de facto una marcha en el mismo
sentido.
La figura 9 muestra la relación forzosa
existente entre el mecanizado en las dos muñequillas H1 y H2, que se
tiene que considerar sobre todo en la optimización de varios
procesos de mecanizado que se desarrollan simultáneamente en
consideración a, por ejemplo, un determinado grueso de viruta.
Si suponemos que la fresa WZ2 en relación al
cigüeñal 1 -del cual en la figura 9 sólo se ha representado el apoyo
central ML y las dos muñequillas H1 y H2 mecanizados en aquel
momento para una mayor claridad- giran tan rápidamente entre ellos,
que entre el ataque de dos cuchillas de la herramienta WZ2 en la
muñequilla H2, el cigüeñal continuaría girando en el ángulo
\Delta\alpha. Puesto que en la figura 9l el centro de la
muñequilla H2 y el centro del cigüeñal, es decir, del apoyo central
ML, se encuentran en una línea con el centro M2 de la herramienta
WZ2, origina el ángulo de giro \Delta\alpha un desplazamiento a2
del punto de referencia de las nuevas cuchillas con relación a la
cuchilla antigua, que discurre casi exactamente en la dirección
Y.
De este modo debe tener lugar sólo un componente
X muy reducida x_{2} por el correspondiente desplazamiento X de la
herramienta WZ2, y de la distancia de corte resultante
\Deltal_{u2} debido a una sección transversal de viruta, cuyo
espesor debe corresponder al espesor óptimo de viruta.
En el punto de mecanizado de la muñequilla
H_{1} debe ser asimismo posible conseguir el mismo espesor de
viruta. También el centro de la muñequilla H_{1} supuesto el
mismo número de revoluciones del mismo diámetro de la herramienta
WZ1 y WZ2- ha girado un ángulo \Delta\alpha con relación al
centro de la muñequilla, hasta que la cuchilla de la herramienta WZ1
llega al ataque. El desplazamiento a_{1} originado en el punto de
mecanizado con ello es mayor que a_{2} de forma despreciable, ya
que la distancia desde el centro del apoyo central ML al punto de
mecanizado en la muñequilla H_{1} es ligeramente mayor que al
centro de la muñequilla H_{1}. Este desplazamiento a1 posee en un
componente x1 marcado en la dirección X, que se debe compensar
mediante el correspondiente desplazamiento de la herramienta WZ1 de
la dirección X. De este modo permanece de a1 sólo una parte
relativamente pequeña como separación de corte \Deltal_{u1} en
la dirección Y. Esto proporcionaría la viruta mas delgada
representada a la derecha de la figura 9 con un espesor máximo de
sólo h_{1max}, que es mucho menor que el espesor de viruta
óptimo.
Para llegar en este punto de mecanizado al
espesor de viruta óptimo, se debe reducir la velocidad de la
herramienta WZ1 con relación a la velocidad de WZ2, de tal manera
que la separación de corte \Deltal_{u1} aumente hasta tal punto
que se alcanza el espesor de viruta deseado también en la muñequilla
H1. Con ello es necesario una reducción de la velocidad de la
herramienta WZ1 a aproximadamente un 30% de la velocidad de la
herramienta WZ2.
Además del primer objetivo de optimización
descrito, de un espesor de viruta determinado -medio o máximo-
podría ser el objetivo de optimización secundario una relación de
corte, que no debería superar un corredor objetivo predeterminado o
un valor máximo.
En el primer caso esto llevaría en el caso de
mecanizado representado en la figura 9 a que el mecanizado de la
muñequilla H2, las velocidades de la pieza de trabajo y de la
herramienta WZ2 permanezcan en una relación de tal manera que en la
muñequilla H2 se mantenga el espesor de viruta deseado, simplemente
de tal manera que la velocidad de la herramienta WZ2 se mueva en el
extremo superior de la anchura de banda predeterminada para la
velocidad de corte. Con ello resulta también un incremento de la
velocidad de la herramienta WZ1, con lo cual la velocidad de corte
en la muñequilla H1 se debe encontrar todavía dentro de la anchura
de banda preindicada para la relación de corte.
Con la indicación de un límite superior para la
velocidad de corte, en cambio, se entraría el límite superior en el
mecanizado en la muñequilla H_{2}, que posee la velocidad de corte
más elevada con relación al mecanizado en la muñequilla H_{1}, de
tal manera que, de este modo, se mantendría un límite superior
absoluto automáticamente de la velocidad de corte en los puntos de
mecanizado existentes.
En el mecanizado simultáneo en más de dos puntos
en un cigüeñal, se emplearán de forma análoga el criterio limitador
con los valores absolutos máximos o mínimo, siempre en el punto de
mecanizado con el valor relativo máximo o mínimo
correspondiente.
Con el empleo de los anchos de banda
predeterminados de determinadas parámetros de corte, puede ser que
no sea posible para todos los puntos de mecanizado el mantenimiento
de esta anchura de banda. En este caso hay que ampliar la zona de
anchura de banda predeterminada o se debe indicar unos parámetros de
optimización de tercer rango. Esta tercera magnitud de optimización
podría ser, por ejemplo, la longitud de viruta (sobre todo en el
mecanizado de superficies laterales de la gualdera).
Las dependencias recíprocas, representadas en la
figura 9, para el mantenimiento de un espesor de viruta determinado
se presentan intensamente si uno de varios puntos de mecanizado
simultáneos del cigüeñal es el mecanizado de una superficie frontal
de una gualdera, como se representa en la figura 10. La
representación de la figura 10 muestra un cigüeñal, por ejemplo,
para un motor en línea de cuatro cilindros, en el que se encuentran
en dirección radial opuestas las muñequillas H1 y H2 con relación al
apoyo central ML.
Si en la posición representada en la figura 10,
con el mecanizado de la superficie de la gualdera 3 se empezase
mediante la herramienta WZ, continuaría girando el cigüeñal
alrededor del centro del apoyo central ML en el sentido indicado (en
el sentido de las agujas del reloj), mientras que la herramienta WZ
giraría en el sentido contrario a las agujas del reloj, para
conseguir el fresado concurrente.
En la superficies de la gualdera 3 se han
dibujado algunas de las trayectorias de corte resultante con ello
s_{a}, s_{b}, s_{m}, s_{x}.
Debido a la rotación simultánea del cigüeñal,
resultan con ello secciones transversales de viruta, que en el
inicio de la viruta es claramente mayor que en el final de la
viruta, y además, las virutas se diferencian fuertemente en la
longitud, en función de la posición correspondiente de la
trayectoria de corte de la superficie de la gualdera 3.
A una rotación del cigüeñal, en general, no se
puede renunciar completamente, ya que, de lo contrario, un
mecanizado que tiene lugar precisamente en otro punto del cigüeñal
de una muñequilla no podría producir un progreso de mecanizado.
Si de este modo tiene lugar en un cigüeñal al
mismo tiempo varias superficies laterales de gualdera o una
superficie lateral de gualdera al mismo tiempo con el mecanizado de
una muñequilla, se presentan las discrepancias representadas en el
ejemplo de la figura 9 de los espesores de viruta entre los
diferentes puntos de mecanizado con igual número de revoluciones y
diámetros de todas las herramientas, de tal manera que se tiene que
variar intensamente la velocidad y/o el mecanizado de la gualdera
también el desplazamiento en la dirección transversal, es decir, en
la dirección X por la fresa para cada fase del mecanizado
simultáneamente y en todos los puntos de mecanizado mantener el
espesor de viruta óptimo deseado.
La figura 11 muestra como se procede al inicio
del mecanizado de la superficie exterior, por ejemplo, de una
muñequilla cuidando la pieza de trabajo como sigue:
La fresa se aproxima a pesar de la rotación de
la pieza de trabajo relativamente lenta hasta la dimensión teórica
radial. Una aproximación radial demasiado rápida, no sólo
incrementaría de forma inadmisible el espesor de la viruta, sino
que, sobre todo -debido a la longitud de viruta grande, por el arco
de abrazado entre una fresa exterior en forma disco, que rota
alrededor del eje paralelo al eje de la muñequilla, y el punto de
mecanizado momentánea- actúa también las fuerzas transversales
correlativas, que se introducen en la pieza de trabajo, serían
relativamente elevadas.
Como muestra la figura 11, se desplaza la fresa
tan lentamente hacia delante con relación al centro de la muñequilla
a mecanizar que la medida existente sólo se capta después de un
ángulo de entrada de aproximadamente 50-70,
preferentemente unos 60º del perímetro de muñequilla, mediante la
fresa. Desde este punto se debe desbastar una rotación completa de
la muñequilla a mecanizar, preferentemente algo más, unos 370º, para
conseguir una rotación óptima del contorno real al contorno teórico
del muñón. La salida de la fresa puede realizarse directamente de
forma radial.
Adicionalmente, en la figura 11, a lo largo de
las trayectorias de mecanizado, se han dispuesto puntos de
corrección, con un ángulo intermedio comprendido entre
10-15º hasta el centro de la muñequilla.
Después de la producción de las primera pieza de
una serie a mecanizar, se puede medir la aproximación del contorno
periférico real en el contorno periférico teórico y por la variación
de cada uno de los puntos de corrección -mediante la entrada
correspondiente de valores de corrección para los diversos puntos de
corrección en el mando de la máquina- se corrigen implícitamente
posteriormente el contorno real conseguido.
En la figura 10 se ha aplanado el contorno
periférico de la gualdera en un punto liso. Parcialmente se ha
mecanizado también el contorno periférico de la superficie de la
gualdera mediante fresado exterior. Con el fresado exterior según la
invención, no sólo se puede conseguir -mediante el mando
correspondiente de la posición de giro, es decir, la velocidad de
rotación del cigüeñal en relación al desplazamiento X de la fresa-
cada entrada de contorno deseado (por consiguiente curvado hacia el
exterior), sino también planos, por ejemplo, aplanados que se
encuentra tangenciales al apoyo central ML del cigüeñal. Tales
fresados planos se necesitan para una sujeción posterior, por
ejemplo, de contrapesos o también para el equilibrado de cigüeñales,
directamente en la sujeción del mecanizado con arranque de
viruta.
Incluso los contornos periféricos cóncavos, es
decir, profundos, se pueden también producir siempre que el radio de
curvatura de los mismos sea mayor que el radio de la fresa exterior
en forma disco.
Para ello muestra la figura 12 un corte por una
herramienta WZ de arranque de viruta, por ejemplo, una cuchilla de
corte, siendo válidas una mayor parte de las designaciones y
ángulos, tanto para el torneado como también para el fresado. Con
ello la cuchilla, se forma, por ejemplo, por el filo principal S,
mediante el cual se forman mediante la superficies de arranque de
viruta A_{\gamma}; así como el borde formado por el flanco
principal A_{\alpha} y el filo secundario S' por la superficie de
arranque de viruta A'_{\gamma} y la superficie libre secundaria
A'_{\alpha}. El filo S, dibujado puntiagudo en la figura 12 no es
en la práctica completamente puntiagudo, sino que posee un cierto
redondeo, el redondeo del borde de corte SKV, para evitar una
ruptura del borde de corte.
En las figuras 13 y 14 se definen diferentes
direcciones y planos con relación a la herramienta.
Para ello, el plano de referencia de la
herramienta P_{r} es un plano a través del punto de corte
seleccionado, y concretamente perpendicular a la dirección de corte
supuesta. El plano de referencia de la herramienta P_{r} se ha
elegido de tal manera que ésta tiene lugar paralela o
perpendicularmente a un eje de la herramienta. Una determinación
debe realizarse para cada tipo de herramienta individualmente. Con
las cuchilla de corte, el plano de referencia de la herramienta
P_{r} es un plano paralelo a la superficie de apoyo del muñón con
herramientas de corte convencionales, con herramientas de fresado
convencionales un plano, que contiene el eje de la herramienta de
fresado.
El plano de trabajo supuesto P_{f} es un plano
a través del cual el punto de corte seleccionado se encuentra
perpendicular al nivel de referencia de la herramienta P_{r} y
paralelo a la dirección de desplazamiento aceptado.
El plano de retorno de la herramienta P_{p} es
un plano a través del punto de corte seleccionado, perpendicular al
nivel de referencia de la herramienta P_{r} y perpendicular al
plano de trabajo tomado P_{f}, P_{r}, P_{p} y P_{f}
representan con ello un sistema de coordenadas a través del punto de
corte tomado.
El plano de corte de la herramienta P_{s}
(véase figura 14) es un plano a través del punto de corte,
tangencial al filo S y perpendicular al plano de referencia de la
herramienta P_{r}. Si la cuchilla de la herramienta S se encuentra
perpendicular a la dirección de avance, coinciden los planos de
corte de la herramienta P_{s} y el plano de empuje P_{p}.
El plano ortogonal la herramienta P_{0} es un
plano a través del punto de corte, perpendicular al plano de
referencia de la herramienta P_{r} y perpendicular al plano de
corte de la herramienta P_{s}. Si de este modo, el filo de la
herramienta S se encuentra perpendicular a la dirección de avance,
coinciden los planos ortogonales de la herramienta P_{0} y el
plano de trabajo P_{f}.
De las figuras 15 y 16, se puede ver separado
para el torneado longitudinal y el refrentado - la orientación de
los diferentes cortes de herramienta con relación a la pieza de
trabajo. En esta vista, la herramienta tiene en su punto de corte un
ángulo de herramientas \varepsilon_{r}, entre el plano de corte de
herramienta P_{s} del filo principal y el plano de corte de la
herramienta P'_{s} del filo secundario, medido en el plano de
referencia de la herramienta P_{r}.
Para ello se encuentra el filo principal en un
ángulo de ajuste de herramienta \kappa_{r} entre el lado de corte
herramienta P_{s} y el plano de trabajo tomado P_{f} medido en
el plano de referencia herramienta P_{r}.
En las figuras 18a-18f se puede
ver directamente la posición de los diferentes secciones y vistas
con relación a la pieza de las figuras 15 y 16.
Los ángulos relevantes son:
- Ángulo de arranque de viruta lateral de la
herramienta \gamma_{f}: ángulo entre la superficie arranque de
viruta A_{\gamma} y el plano de referencia de la herramienta
P_{r}, medido en el plano de trabajo P_{f};
- Ángulo de arranque de viruta posterior
\gamma_{p} ángulo entre la superficie arranque de viruta
A_{\gamma}; y el plano de referencia de la herramienta P_{r},
medido en el plano posterior de la herramienta P_{p};
- Ángulo de arranque de viruta normal de la
herramienta \gamma_{n}: ángulo entre la superficie de arranque de
viruta A_{\gamma} y el plano de referencia de la herramienta
P_{r} medido en el plano normal de corte de la herramienta
P_{n}; el valor de este ángulo \gamma_{n} (positivo o negativo)
se denomina generalmente como "geometría de corte
positiva/negativa".
- Ángulo de inclinación de la herramienta
\lambda_{s} (figura 12e): ángulo entre el filo S y el plano de
referencia de la herramienta P_{r}, medido en el plano de corte de
la herramienta P_{s}.
Esté ángulo de inclinación de la herramienta
\lambda_{s} es un ángulo agudo, cuya punta se dirige al vértice de
corte. Es positivo si el filo, visto desde el vértice de corte, se
encuentra en el lado apartado de la dirección de corte supuesta del
plano de referencia de la herramienta P_{r}.
Con \alpha se designa en general el ángulo de
incidencia de un filo.
La figura 19 muestra una plaquita de gualdera,
que está atornillada en el cuerpo base en forma de disco de la fresa
-preferentemente a ambos lados- y con ello sobresale, tanto radial
como también frontalmente, por encima del cuerpo base. Para extraer
materiales de la superficie frontal de la gualdera, con la fresa
rotativa se desplaza ésta en el sentido X, es decir radial a la
pieza de trabajo, como sentido de desplazamiento. Para ello se
encuentran la plaquita de gualdera en forma de plaquita con su
plano, el plano de corte de la herramienta P_{s} en un pequeño
ángulo \kappa con relación al plano de trabajo P_{f}, que se
compone de la dirección de avance (dirección X) y del plano
X-Y que se encuentra en la dirección de corte. Con
ello a sobresale del cuerpo base hacia el exterior el borde de la
plaquita de corte del cuerpo base con el corte redondeado con un
radio en el vértice R de aproximadamente 1,6 mm y forma el punto más
adelantado con relación a cuerpo base de la fresa.
Cuanto mayor sea el ángulo \kappa tendrá más
ondulada será la superficie frontal de la gualdera mecanizada, como
se puede ver en la parte ya mecanizada de la figura 19.
Para poder mecanizar toda la superficie frontal
de una gualdera, es necesario, además del avance en la dirección X
de la fresa representado en la figura 19a, una rotación adicional
del cigüeñal, si, por ejemplo, la superficie de la gualdera se debe
mecanizar hasta la muñequilla H_{2} y alrededor de esta.
Con una plaquita de gualdera como se representa
en la figura 19a, se designe como longitud de la plaquita de corte
la extensión de la plaquita en dirección tangencial del cuerpo base
de la herramienta en forma de disco y como espesor la extensión en
la dirección axial de la dirección más próxima de la plaquita de
corte.
La figura 19b muestra en la misma dirección
visual que la figura 19a el mecanizado de la superficie exterior de
un muñón del cigüeñal mediante una plaquita de muñón. Con una
plaquita de esta clase, se entiende como longitud y anchura los
lados vistos en la figura 19b, entendiéndose como plaquita del
muñón, en general, plaquitas de corte cuadradas, que de este modo se
pueden colocar cuatro veces, una tras otra.
Las plaquitas de muñón se pueden colocar en el
cuerpo base de la fresa de disco, con su borde de corte exterior con
un ángulo que difiera de la dirección Z dentro del plano
Z-X, si al mismo tiempo se proporciona una
desviación de la dirección Z dentro del plano
Z-Y.
Claims (12)
1. Fresadora para el mecanizado de piezas de
trabajo con superficies frontales o laterales excéntricas para la
sujeción, por ejemplo, de un cigüeñal provista de
- una bancada (20),
- dos platos de sujeción (21, 22) alineados uno
contra el otro para el alojamiento de la pieza de trabajo, de las
cuales, por lo menos una, se puede accionar mediante un husillo (23)
y es posicionable (eje C_{1}),
- un portaherramientas (25) desplazable
transversalmente al eje Z, que lleva una fresa accionables rotativa,
así como
- un mando (35),
en el que
- existen varios portaherramientas (25, 26), que
independientemente uno del otro en cuanto a la revolución de la
fresa, así como también al desplazamiento en dirección transversal,
se pueden controlar en función de un desplazamiento de la pieza de
trabajo y
- se pilota el control (35) así como la rotación
de la pieza de trabajo, también en desplazamiento transversal del
portaherramientas (25, 26) y la rotación de la fresa, y
- las guías lineales en la dirección X para los
dos portaherramientas (25, 26) que están alineados uno tras otro en
la dirección Z.
2. Fresadora, según la reivindicación 1,
caracterizada porque los platos de sujeción (21, 22) para el
alojamiento del cigüeñal (1) están configurados como pieza de
trabajo en la brida final del lado frontal, por una parte, y la
brida frontal, por otra, y especialmente para el mecanizado del
cigüeñal en los que el cigüeñal está sujeto en los platos de
sujeción (21, 22) en su eje central, es decir, el eje del apoyo
central (ML).
3. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque el mando (25) controla la
rotación de la prensa y el movimiento transversal del
portaherramientas (25, 26) en función del desplazamiento axial o
posicionado de la pieza de trabajo, y/o el mando (35) permite la
entrada de varios valores de corrección dispuestos sobre la
periferia de una superficie lateral cilíndrica a fabricar.
4. Fresadora, según una de las reivindicaciones
2-3, caracterizada porque la fresa es una
fresa exterior, especialmente la fresa exterior de una fresa de
disco (5, 6) rotativa alrededor de un eje paralelo al eje Z, con
cuchillas en su zona de transferencia entre su perímetro exterior y
su superficie frontal o la fresa exterior es una fresa de punta
(37), que está alineada transversal al eje Z con relación a la pieza
de trabajo, siendo especialmente la fresa de punta (37) inclinable
alrededor de un eje C_{3} que discurre en paralelo al eje Z.
5. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque por lo menos uno de los
soportes (25, 26) es desplazable en la dirección Z , y especialmente
el mando (35) controla también la desplazabilidad de los
portaherramientas (25 o 26) en la dirección Z.
6. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la velocidad de la fresa de
disco (5, 6) es un múltiplo, especialmente más de 10 veces, la
velocidad de la pieza de trabajo, y/o una velocidad de la pieza de
trabajo que es menor de 60, preferentemente menor de 30
revoluciones/minuto.
7. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque las cuchillas de la fresa
presentan una geometría de corte positiva.
8. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la fresadora (2) comprende
portaherramientas (25, 26), que están dispuestos por encima del eje
del husillo (MA).
9. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque las guías lineales están
dispuestas en la dirección X para los dos portaherramientas (25, 26)
formando un ángulo menor de 45º con relación al plano central
(ME).
10. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la fresadora presenta 4
portaherramientas (25, 26, 25', 26'), de las cuales los
portaherramientas (25, 26) se muestran alineados con relación al eje
del husillo, especialmente con relación a los portaherramientas
(25', 26'), y especialmente la dirección de desplazamiento del
portaherramientas (25) está alineado en la dirección X con los
portaherramientas opuestos (25').
\newpage
11. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque para el apoyo del cigüeñal
en la zona central durante el mecanizado está dispuesto en la
bancada (5) una luneta, que por lo menos presenta tres plaquitas de
contacto para el apoyo en un cojinete central (ML) y se apoya en
éste de manera deslizante, especialmente las plaquitas de contacto
están formados de nitruro de boro cúbico.
12. Fresadora, según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la pista de desplazamiento
del punto central de la fresa de disco (5, 6) en dirección
transversal no discurre por el eje del husillo, especialmente con
una posición inclinada de la dirección de desplazamiento con
relación al plano central (ME) menor de 90º por encima del eje del
husillo.
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